十年理論終成現(xiàn)實(shí)！科學(xué)家找到了材料界的"圣杯"

搞物理研究的都知道，有些東西理論上說(shuō)得天花亂墜，實(shí)驗(yàn)里卻怎么都找不到。萊斯大學(xué)的幾個(gè)教授這回算是走了大運(yùn)，他們要找的東西，居然真的被找到了。

這事得從一種叫CsCr?Sb?的材料說(shuō)起。這玩意屬于kagome金屬，kagome是個(gè)日文詞，就是編籃子時(shí)那種三角形套三角形的圖案。別小看這個(gè)圖案，它可能藏著未來(lái)科技的秘密。

十幾年前就有理論物理學(xué)家預(yù)測(cè)，如果原子能按照這種方式排列，電子就會(huì)在材料里形成一些特別的結(jié)構(gòu)，叫"平帶"。簡(jiǎn)單說(shuō)就是電子不再到處亂跑，而是老老實(shí)實(shí)排成駐波的樣子。一旦這樣，整個(gè)材料的性質(zhì)就會(huì)發(fā)生巨變，什么超導(dǎo)啊、磁性啊，統(tǒng)統(tǒng)可能被激活。

問(wèn)題是這種平帶太難找了，就像大海撈針一樣。

不過(guò)萊斯大學(xué)的戴鵬程、易明、司奇邈三個(gè)教授，這次還真把針給撈著了。他們和臺(tái)灣同步輻射中心的黃迪靖合作，用兩臺(tái)精密設(shè)備一頓操作，硬是把這些傳說(shuō)中的平帶給拍了下來(lái)。

"說(shuō)實(shí)話，當(dāng)數(shù)據(jù)出來(lái)的時(shí)候我們都愣了，"戴鵬程回憶說(shuō)，"這么清晰的結(jié)果，在我們這行里真的很少見(jiàn)。"

更厲害的是，他們發(fā)現(xiàn)這些平帶不是擺設(shè)，而是在實(shí)實(shí)在在地影響材料性質(zhì)。這意味著什么呢？如果我們學(xué)會(huì)了控制這些平帶，就等于掌握了制造全新材料的方法。

想想看，室溫超導(dǎo)體、零能耗電子器件、完美的量子計(jì)算材料，這些以前只能在科幻片里看到的東西，可能真的要成現(xiàn)實(shí)了。

"我們其實(shí)是在證明一件事，"易明說(shuō)，"材料的形狀和結(jié)構(gòu)，可以像工程師手里的工具一樣，用來(lái)控制電子的行為。"

這個(gè)研究最難的地方，其實(shí)是怎么做出足夠好的樣品。研究生王澤浩為了這個(gè)，不知道熬了多少個(gè)通宵，最后做出來(lái)的單晶比以前的大了整整100倍。沒(méi)有這么完美的樣品，再好的設(shè)備也白搭。

"搞科學(xué)就是這樣，"參與研究的郭宇誠(chéng)感慨，"做材料的、搞實(shí)驗(yàn)的、搞理論的，缺了哪一塊都不行。這次能成功，真是各個(gè)環(huán)節(jié)都配合得恰到好處。"

現(xiàn)在這個(gè)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開(kāi)始琢磨下一步了。既然kagome結(jié)構(gòu)這么神奇，那其他的幾何圖案會(huì)不會(huì)也有類似效果？能不能通過(guò)調(diào)整化學(xué)成分來(lái)精確控制這些量子性質(zhì)？

如果說(shuō)以前設(shè)計(jì)材料全憑運(yùn)氣和經(jīng)驗(yàn)，那現(xiàn)在我們終于找到了一些規(guī)律。這可能是材料科學(xué)史上的一個(gè)重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

（參考：Zehao Wang et al, Spin excitations and flat electronic bands in a Cr-based kagome superconductor,Nature Communications(2025). DOI: 10.1038/s41467-025-62298-5）